表观遗传调控植物叶片衰老的研究进展

植物叶片衰老是一个非常重要的发育过程,涉及大分子的有序分解从而将营养物质从叶片转移到其他器官,对植物的生存和适应至关重要。叶片衰老主要受植物的发育调控,但同时也受内部和外部环境因素的影响,涉及高度复杂的基因调控网络和多层级的调控。近年来的研究表明表观遗传是调控植物叶片衰老的一种重要调控方式。该研究综述了植物叶片衰老过程中的表观遗传调控机制,包括组蛋白修饰、DNA甲基化、ATP依赖的染色质重塑和非编码RNA介导的调控,并对该领域今后的发展方向进行了展望。     

植物叶片衰老的表观遗传调控

叶片是植物重要的光合器官, 它的衰老由外界环境刺激和内源发育信号所启动, 复杂的基因调控网络参与衰老过程的精确调控。最新研究表明, 植物通过对基因表达的重编程, 在表观遗传水平上调节着叶片衰老过程。该文简要介绍了表观遗传的分子机制, 在此基础上重点综述了组蛋白修饰、染色质重塑、DNA甲基化及小RNAs途径对叶片衰老调控的最新研究进展, 同时讨论了该领域存在的问题和未来研究方向。     

植物叶片衰老过程中的基因表达与调控

衰老是一种器官或组织逐步走向功能衰退和死亡的变化过程〔１〕。它除了代表器官或组织生命周期的终结之外,在发育生物学上也有着重要的意义。叶片的衰老是植物的一个重要发育阶段。在这段时期内,植物在成熟叶片内积累的物质,包括大量的氮、碳有机化合物和矿物质,将被分解并运送至植物其它生长旺盛的部分,其中大部分被转移到种子内,为下一代的生长做好准备〔１１〕。对于产生种子的作物,包括绝大多数农作物,这种转移使营养重新分配,对植株保持正常的生长发育与繁殖是十分必要的〔３〕。衰老过程中,叶片细胞在组成成分上有很大的变…     

Ca^2＋对植物叶片衰老的双向调节作用

衰老是指最终导致有机体或器官死亡的变化过程,植物叶片的衰老伴随着叶绿体的破坏,光合能力的下降以及蛋白质降解等过程的发生,功能叶片的衰老对作物产量产生严重的影响［１］,１９５７年Ｓａｃｈｅｒ首先提出了膜的脂质过氧化在细胞衰老中的重要作用,Ｐ．Ｓ．Ｄｈｉ...     

植物Whirly蛋白调控叶片衰老的研究进展

植物衰老是植物细胞生长发育的最后一个阶段,其启动的早晚对植物生物量和品质的形成有很大影响。叶片衰老是植物衰老的主要形式,受到内外环境因素的诱导,并被多种转录因子介导的信号传导途径所调控。对叶片衰老调控机制的研究一直是植物衰老研究中的重点。Whirly蛋白作为一类广泛存于植物中的特异转录因子小家族,能与单链DNA分子结合,双定位于细胞器(线粒体或叶绿体)与细胞核中,在植物细胞核和细胞器中发挥多种功能,参与对植物叶片衰老的调控。本文概述了植物Whirly蛋白的结构和定位,重点阐述了Whirly蛋白的功能与细胞衰老关系及其对叶片衰老调节机理的研究进展等,并对未来的研究方向进行了展望。     

植物衰老关乎器官发育和作物产量与品质性状的形成

植物的衰老主要表现为绿色光合器官的衰老。叶片是最典型的绿色器官,其衰老与凋亡常常伴随着新生器官的发生与发育,这种以器官为单元的模块化衰老与凋亡方式反映了营固着生活方式的植物所特有的生存策略与适应性进化路径。对于一年生或隔年生的单次结实性植(作)物而言,生长季节后期营养器官集中衰老与死亡,与此同时完成生(繁)殖器官的发育与成熟,呈现出整个植株衰老     

萝卜离体子叶衰老与膜脂过氧化的关系

萝卜离体子叶在光下或暗中衰老及激素调节衰老过程中,作为叶片衰老指标的叶绿素和蛋白质含量的降低,发生在MDA含量增高之前,更早于SOD活性的下降。表明由SOD活性降低所导致的膜脂过氧化的增强,并非衰老的原初反应,而是叶片衰老到一定程度的生理变化。因此,至少在萝卜离体子叶上,不能将其衰老的启动归因于受SOD控制的膜脂过氧化作用导致的膜累积性质变。     

植物叶片的衰老

1980年美国著名植物生理学家K.V.Thimann主编了《植物的衰老》一书,全书共分十章。分别介绍了整体植物和种子、叶、花、果实、真菌衰老方面的知识。综述了近一、二十年来研究植物衰老的文献,是一本值得推荐的专著。该书对衰老(Senescence或译为老化)所下的定义是:“导致自然死亡的一系列恶化过程”。一个生物如植物(一年或多年生)、动物或人的个体的某个器官,生命后期皆会出现衰老现象,最后终结于死亡。衰老和死亡是生物的必然终结,无法避免。但如能认识衰老的原因,推迟衰老的进程则是可能的。就植物叶片的衰老来说,当前在几种重要的农作物如水稻、小麦、棉花、油菜的某些推广品种中,生长后期皆出现不同程     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程。生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直接或间接参与植物叶片衰老过程。分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰。植物体内成熟小分子RNA由小RNA基因转录并通过特定酶加工形成的21~23bp的双链RNA分子。这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜有报告。大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征。研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义和深远的应用价值。该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycine max)micro RNA基因GmMIR160A的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR160A表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因。为进一步探究GmMIR160A在大豆叶片发育中的功能,构建了肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR160A双元表达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆。通过抗性筛选和基因组PCR鉴定并结合表型分析,共获得了4株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OX-3、OX-5、OX-7和OX-8)。GmMIR160A过表达植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率(Fv/Fm)增强。进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs和衰老标记基因(GmCYSP1)表达明显下降,表明大豆Gma-miR160通过抑制靶基因GmARFs的表达来负调控植物叶片的衰老进程。该文揭示了生长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路。     

生长素与植物叶片衰老调控

作为植物叶片发育的最后一个阶段,叶片衰老的启动和进程由遗传程序严格控制,并受到内外源不同因子的协同调控.多种植物激素对叶片的衰老发挥重要的调控作用,目前认为乙烯、脱落酸、水杨酸、茉莉酸和油菜素甾醇等激素促进植物叶片衰老,而细胞分裂素和赤霉素则抑制植物叶片衰老.传统观念曾认为生长素对植物叶片衰老起负调节作用,但近年来越来越多的实验证据表明生长素是叶片衰老的正调节因子.本文旨在对生长素在叶片衰老调控中的功能和研究历程进行简要综述,为进一步理解植物叶片衰老调控中的激素功能奠定基础.     

大豆microRNA基因GmMIR160A负调控植物叶片衰老进程

:叶片衰老是受内外多种因子影响的遗传发育进程.生长素、细胞分裂素和乙烯等多种植物激素是调 控叶片衰老的重要内部因子,它们通过长或短距离运输形成叶片组织内特定的区域分布和浓度梯度,从而直 接或间接参与植物叶片衰老过程.分子遗传学表明,细胞分裂素和乙烯分别是叶片衰老的抑制子和正调节 子,而生长素如何参与叶片衰老的分子机制目前还不清晰.植物体内成熟小分子RNA 由小RNA 基因转录 并通过特定酶加工形成的２１~２３bp的双链RNA分子.这些小分子通过不完全配对方式抑制其靶基因转录 和/或表达,参与植物生长发育多个过程,然而这类小RNA 分子如何调控植物叶片衰老发育过程目前则还鲜 有报告.大豆是重要的油料作物,具有典型的单次结实性衰老特征.研究大豆叶片衰老具有重要的科学意义 和深远的应用价值.该文采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析大豆(Glycinemax)microRNA基因Gm- MIR１６０A 的表达模式,发现大豆第一复叶中GmMIR１６０A 表达受外源生长素和黑暗处理的诱导,暗示该基 因是生长素快速响应的叶片衰老相关基因.为进一步探究GmMIR１６０A 在大豆叶片发育中的功能,构建了 肾上腺皮质激素(Glucocorticoid,GR)类似物地塞米松(Dexamethasone,DEX)诱导表达GmMIR１６０A 双元表 达载体并通过农杆菌介导的子叶节方法转化野生型大豆.通过抗性筛选和基因组PCR 鉴定并结合表型分 析,共获得了４株诱导表达的稳定遗传转基因植株(株系OXＧ３、OXＧ５、OXＧ７和OXＧ８).GmMIR１６０A 过表达 植株根、茎、叶、花和果实在形态学上与野生型相比无显著差异,但叶片的叶绿素含量增加、最大光量子效率 (Fv/Fm)增强.进一步分子分析发现,转基因大豆叶片中GmARFs 和衰老标记基因(GmCYSP１)表达明显下 降,表明大豆Gma-miR１６０通过抑制靶基因GmARFs 的表达来负调控植物叶片的衰老进程.该文揭示了生 长素通过小分子RNA调控叶片发育一条新途径,为研究植物激素调控植物叶片衰老提供了新的思路.     

不同层次叶片对小麦茎秆及穗器官发育的影响

一.前言研究小麦各层叶片对茎节以及穗器官发育的影响,在理论上和实践上都有一定的意义。从理论上来讲,植物任何器官的建成都需要光合产物作为物质基础,而作为光合作用的主要器官——叶片,总是不断地、逐层地循序形成,这些不同层次的叶片,由于阶段     

韧皮部环割诱导下的花花柴衰老机制

衰老是植物器官和组织发育的最后阶段, 是一个受到严格控制的高度协调过程, 其中碳水化合物浓度对衰老的影响十分显著。花花柴(Karelinia caspia)是塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲的主要植物种, 为了研究花花柴在韧皮部环割后的碳水化合物变化和叶片衰老过程, 对其进行韧皮部环割, 测量叶片光合色素含量、光合速率、可溶性糖含量、淀粉含量、脱落酸(ABA)含量和叶水势。结果表明: (1)环割能够诱导花花柴叶片的衰老, 而诱导叶片衰老的主要因素有: 叶片碳水化合物的积累、叶片ABA含量的上升, 以及叶片水分状况的恶化。(2)相比于自然衰老, 环割诱导的衰老导致许多正常的生理过程受到破坏。(3)类胡萝卜素在衰老过程中主要起光保护的作用。(4)韧皮部半环割也导致花花柴各种生理指标显著下降, 表明植物无法通过增加剩余部分韧皮部筛管的运输通量而达到维持整个韧皮部运输系统顺畅的目的。     

高温逆境下植物叶片衰老机理研究进展

叶片衰老是植物叶片发育的最后阶段,其作为一个主动的生理过程,对植物体内的营养循环再利用以及种子形成具有重要的生理意义。在植物的生长过程中,多种环境因素会影响叶片衰老进程。高温是影响叶片衰老最重要的环境因素之一。随着温室效应的加剧,研究高温胁迫下叶片衰老的调节机制对于通过调控叶片衰老进程,从而增加植物产量具有重要意义。本文对高温胁迫下叶绿体及类囊体膜的损伤、光合电子传递活力的改变、活性氧累积、光合作用相关蛋白质降解及细胞自噬方面的研究进展进行了综述。     

器官间关系对叶片衰老的影响

叶片衰老是整个植株生理特性的敏感表现,受根系、茎、生殖器官和其他叶片等器官的影响。器官间关系影响叶片衰老可能是通过竞争体内营养、水分等物质、竞争环境因子、源库关系、激素等信息系统调节等机制实现的。从整株水平上加强叶片衰老的生理机制和控制技术研究,将为生产上控制衰老、减少叶片异常衰老造成的产量和品质损失提供有效的技术途径。     

4—PU和6—BA对萝卜离体子叶衰老的延缓和脂质过氧化的影响

自70年代在植物衰老研究中引入自由基假说后,国内外不少研究表明在叶片衰老过程中确有自由基的参与,并导致脂质过氧化。近年来,许多研究者在植物生长调节物质延缓或加速植物衰老作用机理的研究中也非常重视自由基的作用。Leopold和Kriedemann〔1〕指出激动素有“基于自身氧化的刹车作用”。Leshem等〔2〕和Dhindsa等〔3〕报告细胞分裂素在延缓植物衰老方面的作用与它能清除自由基、阻止自由基的形成有关。李伯林等〔4〕用燕麦叶片为材料,发现6BA和2,4D在植物体内可作为直接和间接的自由基清除剂而延缓植物的衰老。早在50年代中后期就有报…     

叶片细胞的膜束缚ATP酶活性的测定

目前已在不同植物的一些器官及组织中发现细胞膜上存在离子激活的ATP酶活性。研究得较多的有根——涉及的植物如燕麦、大麦及玉米等;胚轴——如大豆、蚕豆、笋瓜等;此外尚有叶片表皮、子叶、芽鞘及种子等不同组织。这些工作均以植物组织为材料来直接分离膜分部。不少作者认为,这种束缚于细胞膜上能为离子激活的ATP酶与离子吸收、气孔关闭及激素诱导的生长等生理过程有关。叶片为具有重要生理功能的器官,但有关束缚于叶肉细胞质     

器官间关系对叶片衰老的影响

叶片衰老是整个植株生理特性的敏感表现,受根系、茎、生殖器官和其他叶片等器官的影响。器官间关系影响叶片衰老可能是通过竞争体内营养、水分等物质、竞争环境因子、源库关系、激素等信息系统调节等机制实现的。从整株水平上加强叶片衰老的生理机制和控制技术研究,将为生产上控制衰老、减少叶片异常衰老造成的产量和品质损失提供有效的技术途径。     

绿色器官衰老进程中营养物质的动员与再利用研究进展

绿色器官的衰老是植株生长发育的一个内在组成部分,其重要的生物学意义在于营养物质的动员与再利用。作为最重要的营养"源"器官,衰老叶片中发生大规模的降解代谢活动,由此产生的大量小分子物质,包括糖类,氨基酸,核苷酸和可再生利用的矿质元素等会通过筛管转运至新生的组织器官,即"库"器官,特别是种子中,为其快速生长发育提供充足的营养供应。本文主要介绍了绿色器官衰老过程中氮素的营养动员与再利用研究进展,包括叶片中蛋白的降解和氨基酸的代谢转化,以及筛管装载和卸载。最后,对未来的研究方向进行了展望,提出了作物叶片光合总量和营养物质利用效率双双趋于最大化的理想叶片衰老模式。     

浮萍相关研究的几方面重要进展

浮萍科是最简单的单子叶水生漂浮植物之一,已被广泛用于植物生理学、遗传学、生态学研究以及水体污染检测等。近些年来,浮萍在植物衰老机理、植物生物反应器和除草剂筛选等研究方面取得了令人瞩目的进展。结合本实验室的研究工作,对近年来的相关文献进行了综述。